UNIVERSITY OF
YAMANASHI

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市販の⽔冷式ヒートポンプを使⽤する
⽔冷式ヒートポンプに地中熱交換器を取りつける

 省エネルギー性能が⾼いシステム
 排熱を地中に放出するためヒートアイランド現象の緩和につながる
 いくつかの⼤型施設には導⼊されている
出典︓地中熱利⽤促進協会

⼀般家庭への導⼊が進まない…
釜無川レクリエーションセンター（⼭梨県甲斐市）問題点

地中熱交換器を挿⼊するボアホールの掘削費⽤を抑えるために…
既設の古井⼾を使⽤する
昔農作等に使われていた古井⼾が多く存在する
2つの古井⼾を利⽤

初期投資コストが⾼額

地下⽔を注⽔し地温を回復(HP:23kW,室内機2台)

地中熱ヒートポンプ(HP:30kW,室内機3台)

・地中熱交換器を挿⼊するボアホールの掘削費⽤が⾼価
・地中熱ヒートポンプの価格が⾼価
2

ボアホール⻑
本システム

40 ｍ(well)

従来のシステム100~150m

⽔冷式GSHPの実証実験を⾏い、地中への採放熱特性を明らかにするとともに、システム全体の性能評価を⾏うことで初期投資コストを抑えた⽔冷式GSHPの開発につなげる

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ケーシング管(スリット状)

⾃然⽔位

銅管

下部ヘッダー

上部ヘッダー

⽔上部ヘッダー

⽔冷式
ヒートポンプ

銅管,塩化ビニル管
塩化ビニル管断熱材

塩化ビニル管

下部ヘッダー
 4本のパイプは銅管と塩化ビニル管からできている
上部ヘッダーから8ｍは塩化ビニル管、8ｍから下部ヘッダーまで銅管で形成されている
 1本のパイプは塩化ビニル管となっていて断熱材が巻かれている

内径

外径

銅管

21.6 mm27.2 mm

塩化ビニル管41.6 mm48.6 mm

ケーシング管204.7 mm

216.3 m43

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硅砂断⾯図

断熱材

3,500,000 円

研究⽬的

東京スカイツリー

HP500,000 円

ダイキン⼯業株式会社

ゼネラルヒートポンプ⼯業株式会社

注⽔
地中熱交換器を挿⼊し熱交換する

価格

⽔冷式
ヒートポンプ

地中熱ヒートポンプにかかる費⽤を抑えるために…

地中熱ヒートポンプ(GSHP)

銅管とVP管でできた4本の採熱管が接合してある

銅管とVP管でできた4本の採熱管とVP管でできた1本の採熱管が接合して5ある

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室内機

流量計

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温度計

ラインポンプ
井⼾ポンプ

 井⼾ポンプによる地下⽔の注⽔を⾏わない条件での評価

⽔冷式HP

30m
38m
40m

30m
24m

6m

 井⼾ポンプによる地下⽔の注⽔を⾏いボアホール内の温度を回復させる条件での評価

井⼾井⼾ ボアホール内への地下⽔の注⽔箇所の検討

帯⽔層
有効熱伝導率
3.4W/mK 6
地下⽔流れが存在する

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運転時期

評価⽅法

・COP(Coefficient of performance)

算出式
𝐶𝑂𝑃

取得熱量
消費電⼒

𝑐𝑝𝑞 𝑡

𝑡
𝑊𝑐 ∶ ⽔の⽐熱 4.2 𝑘𝐽
p : ⽔の密度 1.0 10 𝑘𝑔⁄𝑚q : ラインポンプ流量 [𝑚 ⁄𝑠𝑡 : ヒートポンプ⼊⼝温度 [℃]: ヒートポンプ出⼝温度 [℃𝑡
W : 消費電⼒ (圧縮機) [kW]2016年8⽉3⽇~5⽇
9:00 ~ 18:00 (9 時間)

室内機
設定温度

27°&

⽔冷式HP

22.4kW

室内機

SCOPは3〜5.5
取得熱量は6kW程度
BH(ボアール)の温度は最⼤で20°&まで上昇

5.6kW (1 台)

地下⽔の注⽔を⾏わないBHの温度は運転停⽌後1時間程度で横ばい
次の⽇の運転開始前までに地温が回復している
6kW程度の取得熱量であれば地下⽔を注⽔しなくても省エネルギー性能を有する運転ができる

SCOP
地中熱交換機内の⽔を循環させるポンプ(ラインポンプ)と地下⽔の注⽔を⾏うためのポンプ(井⼾ポンプ)の消費電⼒を含むCOP 算出したCOP、SCOPは⼀分毎の瞬時値
8

8⽉3⽇

8⽉4⽇

8⽉5⽇

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運転時期

2015年8⽉18⽇
9:00 ~ 18:00 (9 時間)

SCOP ⾼負荷時︓約2.8

室内機設定温度27°&

BHの温度は最⼤で約32°&+ 3⼊⼝温度は最⼤で約35°&

⽔冷式ヒートポンプ

22.4kW

室内機

5.6kW (2 台)

運転時期

低負荷時︓約3.5〜4

室内機設定温度
⽔冷式ヒートポンプ

HP⼊⼝温度が⾼いためSCOPが低い

室内機
最⼤取得熱量は約22.4kW

地下⽔の注⽔を⾏わない

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2015年8⽉16⽇
 地下⽔を注⽔している時はBH，HP⼊⼝温度が低下し9:00 ~ 18:00 (9時間)ている
27°&
 SCOP ⾼負荷時︓約3~3.5 低負荷時︓約4〜5.522.4kW
地下⽔の注⽔なしの条件での結果
SCOP ⾼負荷時︓約2.8 低負荷時︓約3.5〜4
5.6kW (2 台)

地下⽔の注⽔により地温を回復

熱交換する採熱管の⻑さが30mでも熱交換⾯積を増やすことで⼗分熱交換ができる

・・・地下⽔の注⽔により地温を回復している

省エネルギー性能の⾼い運転をするためには地下⽔をくみ上げボアホール内に注⽔することは有効

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2015年8⽉16⽇ BH38m地点
9:00 ~ 18:00 (9 時間)
室内機
設定温度

27°&

⽔冷式HP

22.4kW

室内機

5.6kW (2 台)

BH20m地点に注⽔

運転時期

BH20m地点へ注⽔する条件の結果
 BH20m地点の温度の回復はしているが30m,40m地点の 温度は回復していない 取得熱量は22.4kW程度

室内機設定温度38m

2015年7⽉13⽇ BH20m地点

20m

運転時期

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 HP⼊⼝の温度が38mの条件よりも⾼い 性能の低下

⽔冷式HP

地下⽔の注⽔を⾏う箇所はBH20m地点よりもBH38m
地点の⽅が有効BH20m地点
BH38m地点

室内機

2016年11⽉7⽇

 左の図 SCOPは2.2〜4，右の図 SCOPは2.1〜4.6

2016年11⽉9⽇

 運転が続きHP⼊⼝温度が低下している

22:00 ~ 翌⽇5:00 (7 h)20°& HPへの負荷が⼤きい運転が続くと採熱管内の⽔が凍結する可能性がある

25.2kW
6.3kW (1 台)

地下⽔の注⽔を⾏わない

採熱管内の⽔の凍結の可能性を考え暖房運転時に地下⽔の注⽔を⾏わない条件での運転は有効ではない

BH38m地点に注⽔12

2016年11⽉7⽇

2016年11⽉9⽇

13UNIVERSITY OFYAMANASHI 井⼾ポンプを制御すると注⽔している時はSCOPが⾼くなっている
2015年12⽉23⽇
 井⼾ポンプを連続運転するとSCOPが下がることなく⼀定の数値を⽰している
22:00 ~ 翌⽇5:00 (7 h)
運転中地下⽔の注⽔を常に⾏うことでSCOPが下がること
室内機設定温度
20°&がなく省エネルギー性能を有する運転ができる
25.2kW
⽔冷式HP
 最⼤取得熱量は12kW
室内機
6.3kW (2 台)
熱交換器の熱交換⾯積を増やし，取得熱量を増⼤させればより⾼い省エネルギー性能を有する運転が可能
地下⽔の注⽔により地温を回復
運転時期

2016年1⽉17⽇

井⼾ポンプの運転を制御

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運転時期

2014年12⽉7⽇ BH20m地点
2016年1⽉17⽇ BH38m地点
9:00 ~ 18:00 (9 時間)

室内機
設定温度

20°&

⽔冷式HP

25.2kW

室内機

6.3kW (2 台) ヒートポンプ⼊⼝温度がBH38m地点に注⽔した⽅が⾼い
地下⽔を注⽔する箇所はBH20m地点よりも38m地点の⽅が省エネルギー性を⾼めるのに有効である

井⼾ポンプを連続運転
BH20m地点に注⽔2016年1⽉17⽇

 BH20m地点に注⽔した場合、BH20m地点が注⽔により何度も上昇しているが、20m、30m、地点の温度はほとんど回復していない

2015年12⽉23⽇

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2015年7⽉13⽇

BH38m地点に注⽔2015年8⽉16⽇

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